Université Abou Bakr Belkaïd de Tlemcen
Faculté de Technologie
Département de Génie
Biomédical
MEMOIRE DE PROJET DE FIN D’ETUDES
pour l’obtention du Diplôme de
M
ASTER en GENIE BIOMEDICAL
Spécialité : Imagerie Médicale
Présenté par :
Saim Meriem
Analyse des images IRM pour le diagnostic de
la maladie d’Alzheimer
Soutenu le 02/07/2019 devant le Jury
M. BESSAID Abdelhafid Prof. Université de Tlemcen Président
Mme LAZZOUNI Sihem MCB Université de Tlemcen Examinatrice
M. BOUKLI HACENE Ismail MCA Université de Tlemcen Encadreur
M. GAOUAR Adil MAA Université de Tlemcen Invité
La maladie d’Alzheimer est un type de démence neurodégénérative irréversible difficile à diagnostiquer qui survient fréquemment chez les personnes âgées plus de 65 ans.
La maladie d’Alzheimer affiche une modification de la morphologie du cortex cérébral et donc la détection de cette maladie sur l’image IRM cérébrale est la préoccupation principale des neurosciences, c’est pour quoi l'objectif général de notre travail est d'étudier l'impact de la maladie d'Alzheimer sur la forme corticale, précisément sur la matière grise.
Pour atteindre notre objectif, nous avons segmenté le cerveau isolé par le C-moyennes floues modifie (Modify Fuzzy C-Means MFCM) pour extraire la matière grise. Afin de fournir une mesure quantitative de la forme de cette matière ; une méthode de caractérisation de forme (Normalized Multiscale Bending Energy : NMBE) a été appliquée dont nous allons introduire un nouveau biomarqueur (TP) pour identifier la sévérité de la maladie d’Alzheimer.
L’algorithme proposé dans ce travail est testé sur un ensemble d’images de base de données de vérité terrain et des images à partir de la base publique ADNI. Les résultats obtenus montrent la robustesse de notre approche pour la détection de la maladie d’Alzheimer.
Mot clés :
Maladie d’Alzheimer, IRM, Matière grise, MFCM, NMBE.
Abstract:
Alzheimer's disease is a type of irreversible neurodegenerative dementia that is difficult to diagnose and frequently occurs in people over 65 years of age. Alzheimer's disease shows a change in the morphology of the cerebral cortex and therefore the detection of this disease on the cerebral MRI image is the main concern of neuroscience .That is why the general objective of our work is to study the impact of Alzheimer's disease on the cortical form precisely on the grey matter.
means (modify Fuzzy C-Means MFCM) to extract grey matter. In order to provide a quantitative measure of the shape of this material; a method of form characterization (normalized multiscale bending energy: NMBE) has been applied of which we will introduce a new biomarker (TP) to identify the severity of Alzheimer's disease. The algorithm proposed in this work is tested on a set of field truth database images and images from the public database ADNI. The results obtained show the robustness of our approach for the detection of Alzheimer's disease.
Keywords:
Alzheimer's disease, MRI, Grey matter, MFCM, NMBE.
صخلم
دنع ثدحي ام اًبلاغو هصيخشت بعصي هيف ةعجر لا يذلا يبصعلا فرخلا نم عون وه رمياهزلا ضرم نع مهرامعأ ديزت نيذلا صاخشلأا 56 اًماع . ةروص ىلع ضرملا اذه فاشتكا نإف يلاتلابو ةيغامدلا ةرشقلا يف لكشتلا يف ًارييغت رمياهزلا ضرم رهظُي يغامدلا يسيطانغملا نينرلاب ريوصتلا ماعلا فدهلا نأ يف ببسلا وه اذهو ،باصعلأا ملعل يسيئرلا لغاشلا وه ةيدامرلا ةداملا ىلع ديدحتلاب يرشقلا لكشلا ىلع رمياهزلا ضرم ريثأت ةساردلا وه انلمعل . قيرط نع لوزعملا غامدلا ةئزجتب انمق انفده قيقحتل (Modify Fuzzy C-Means MFCM)جارختسلا ةيدامرلا ةداملا . لجأ نم هذه لكشل يمك سايق ريفوت ؛داوملا لكشلا فيصوتل ةقيرط قيبطت مت ( ءانحنلاا ةقاط ةيعيبطلا سيياقملا ةددعتم (NMBE) ةديدج ةيجولويب ةملاع اهب مدقنس يتلاو (TP) رمياهزلا ضرم ةدش ديدحتل . تانايب ةدعاق روص نم ةعومجم ىلع لمعلا اذه يف ةحرتقملا ةيمزراوخلا رابتخا مت يملا نم ناد نم روصو ةدعاق لا ةماعلا تانايب ADNI . رمياهزلا ضرم نع فشكلل انجهن ةناتم رهظت اهيلع لوصحلا مت يتلا جئاتنلا . ةيحاتفملا تاملكلا رمياهزلا ضرم ، ريوصتلا يسيطانغملا نينرلاب ، ةيدامرلا ةداملا غامدلل ، ددعتم ءانحنلاا ةقاط سيياقملا ، ليدعت ضماغ C- طسوتم .
Avant tout je remercie
Allah le tout-puissant
de m’avoir
donné le courage et la volonté et m'avoir aidé à réaliser ce travail
Les mots ne suffiront pas pour remercier mon encadreur
Ismail
Boukli Hacene pour sa disponibilité, ses encouragements, ses
suggestions constructives et la confiance qu’il m'a accordé et surtout sa
patience. Merci beaucoup
Mes
remerciements
s’adressent
à
Monsieur
Bessaid
Abdelhafid, Professeur à l’université de Tlemcen, pour l’intérêt qu’il
a accordé à ce travail en acceptant de le juger et de présider le jury.
Je tiens à remercier, Madame
lazzouni sihem de bien vouloir
accepter d’examiner mon travail.
Je tiens à remercier aussi l’invité, Monsieur
Gaouar Adil de bien
vouloir accepter de juger la qualité de mon travail.
Mes plus profonds remerciements vont à ma mère
Fatima et mon
père
Mohamed. Tout au long de mon cursus, ils m’ont toujours
soutenu, encouragé et aidé. Ils ont su me donner toutes les chances pour
réussir.
Je tiens à remercier Madame
Dergale Latifa ingénieur de CHU
de Tlemcen ;
Je tiens à remercier aussi Monsieur
Chiali Hakim de m’avoir
accueilli dans service d’IRM du CHU de Tlemcen sans oublier
l’ingénieur de la clinique ABDALLI .
Enfin je remercie tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à
l'aboutissement de ce travail.
Je dédie ce travail à :
À mes anges : cher papa et chère maman
A mon adorable sœur « Malek Imane»,
A tous ceux que j'aime,
Table des matières
LISTE DES FIGURES LISTE DES TABLEAUX LISTE DES ABRÉVIATIONS INTRODUCTION GENERALE
Chapitre 01 : Aspect médical sur la maladie d’Alzheimer
I. INTRODUCTION :……….………01
II. Le cerveau et la maladie d’Alzheimer :………...………01
1/comprendre le cerveau i. Les subdivisions anatomiques :……….………....01
a. Le système nerveux central (SNC):……….01
a).1 L’encéphale :...…...02
a).1.1 Le rhombencéphale ou cerveau postérieur :………. 03
a).1.2 Le mésencéphale ou cerveau moyen :………...…..03
a).1.3 Le prosencéphale ou cerveau antérieur ………...03
a).1.3.2 Diencéphale :……….…..…..03
a).1.3.2 Télencéphale ou le “cerebrum” :……….…..…03
a).1.3.2.1 Le cortex cérébral :………...…….03
Les ganglions basales :……….……….…..…….04
L’hippocampe……….….……..……...05
b. Le système périphérique (SNP):………..……….…05
c. Le système nerveux végétatif ou autonome :………..….05
ii. Les subdivisions fonctionnelles :……….…..…………..……..06
ii.1/ Système nerveux somatique (SNS): ……….……..…………..06
ii.2/ Système nerveux autonome (SNA): ………..………..06
III. La malade d’Alzheimer (MA) :………..……..06
i. Définition : Qu’est-ce que l’Alzheimer ?...06
ii. Physiopathologie de la maladie d’Alzheimer………...07
ii. 1/ Les lésions responsables de la maladie :………..…07
ii. 3/ Comment se forme les dégénérescences neurofibrillaires :………..08
ii. 4/ Propagation de ses deux lisions dans le cerveau :……….08
iii. Épidémiologie et charge de la démence………... …09
iii. a) Notion de la démence :……….….09
iii. b) Epidémiologie de la maladie d’Alzheimer :………..09
iv. Le vieillissement normal et pathologique :………..…...10
v. Les signes cliniques de la maladie d’Alzheimer :………..………….10
v. 1: Les troubles cognitifs :………..……..11
v.1.1 Trouble de la mémoire :………..09
La mémoire :………...…11
La mémoire a court terme :………11
La mémoire à long terme :……….11
v.1.2 Les troubles de langage :………12
v.1.3 Les troubles des gestes :……….……...….12
v.1.4 Les troubles de la reconnaissance (agnosie) :………..………...13
v.1.5 Les troubles des fonctions exécutives :………..……….13
v.2 Les troubles du comportement :…..………..………..13
v.2.1 L'agressivité - L'agitation………14
v.2.2 Le comportement moteur aberrant………..14
v.2.3 Les troubles du sommeil et de l'alimentation………..14
v.2.4 Les dés inhibition………14
v.2.5 Les idées délirantes et hallucinations………..15
v.3 Les troubles affectifs et émotionnels :………15
v.3.1 L'anxiété……….15
v.3.2 L'apathie……….15
v.3.3 L'irritabilité - L'instabilité de l'humeur………...16
v.3.4 L'euphorie………...12
v.3.5 La dépression………..12
vi. Les stades de la maladie d’Alzheimer :………..16
vii. Diagnostique de la maladie d’Alzheimer………....17
vii.1 Les examens cliniques : ……….17
vii.1 Les examens complémentaires : ………..17
vii.2.1 L’imagerie cérébrale………..17
B. La Tomographie par émission de positons (TEP)……….18
vii.2.2 Analyse du Liquide Céphalo-rachidien (LCR)……… ………..18
viii. Notions de base sur L’IRM ………...18
ix. Utilité de l’IRM (Le rôle, et le but) ...19
x. Le protocole IRM ………...19
xi. Comment mesurer l’atrophie hippocampique en routine clinique ?...21
xii. Les facteurs de risque ………..…..22
xiii. La maladie d’Alzheimer n’est pas la seule forme de maladie Neurodégénérative………..……22
IV. Conclusion :……….……22
Chapitre 2 : matériels & méthodes
I. Introduction ………...……24II. Etat de l’art……….24
III. Prétraitement ……….…….26
III. 1. Filtrage :………26
III. 1. a. Le filtre anisotrope de diffusion ………..26
Définition d’une EDP ………...26
Les EDP en traitement d’images……….…...…27
L’équation de la chaleur ………...27
Diffusion non-linéaire ………..27
III. 2. b. Filtrage par ondelettes ………..28
1. Transformée en ondelettes continue CWT ………..29
2. Transformée en ondelettes discrète DWT ………...30
3. Analyse multi résolution ………...32
a. Fonction d’échelle ……….…32 b. Ondelette………...33 c. Les filtres H et G ………..……..33 4. La transformée en ondelettes 2D ………...33 5. Ondelettes bi orthogonales………..34 a. Intérêt : ………...34 b. Inconvénient ………...34 6. Analyse………34 a. Décomposition………34
b. Reconstruction………34
IV. Segmentation ……….36
IV.1. Segmentation par morphologie mathématique ……….……..36
1. Notion d’élément structurant………36
2. Erosion et Dilatation ………37
3. Ouverture et fermeture ……….38
IV.2. Segmentation par classification………..39
Fuzzy-C Means (FCM)……….39
Fuzzy-C Means Modifié (MFCM)………....41
V. Caractérisation de la forme ……….42
Méthode transitionnelle par des facteurs de forme (FF)………42
V.1. Méthode alternative par analyse du contour ………....43
V.1.1. La notion de flexion d’energie (Bending Energy BE)……….….43
V.1.2. La notion de la flexion d’énergie multi échelle normalisé (Normalized Multiscale Bending Energy :NMBE)………....44
VI. Conclusion ………...45
Chapitre 3 : Résultats & discussion
I. Introduction ………....46II. Matériel ………..46
Environnement de travail ………...46
Base de données………..46
Présentation de la base d’ADNI ………...47
III. Algorithme ………...47
1/Extraction du cerveau ………..49
Erosion ………..…49
Dilatation ………..50
Extraction du masque et l’isolation du cerveau ………...50
2/Filtrage ………..52
2.1 La technique du filtrage anisotrope………....53
2.2 Filtrage par ondelette ………...53
2.3 Evaluation de performance ………...54
3/Segmentation par MFCM ……….57
3.2/Segmentation par MFCM ………...58
4/ Implémentation de la méthode de flexion d’énergie multi échelle normalisé …59 4.1/ Mesure de l’irrégularité, élongation et taux de performance …………59
IV. Résultats et discussions ………61
1/ Résultats de NMBE sur le cerveau isolé………61
2/ Les résultats de la méthode NMBE sur la matière grise ………..…….63
2.1/ Mesure d’irrégularité, élongation et le taux de performance de la méthode………...65
V. Conclusion ………..71
Conclusion générale & perspectives……….…72
Référence bibliographique……….74
Annexe A………...79
Chapitre n°1 : Aspect médical sur la maladie d’Alzheimer :
Figure 1.1 : système nerveux central ………...02
Figure1.2 : les lobes de chaque hémisphère du cerveau, l’image a droite représente le système limbique………04
Figure 1.3 : l’hippocampe………05
Figure1.4 : le docteur Alzheimer et sa patiente auguste………07
Figure1.5 : une comparaison entre un cerveau sain et cerveau malade, à gauche cerveau sain a droit cerveau avec une atrophie……….09
Figure1.6 : Mesure l’échelle de scheltens………..21
Chapitre n°2 : Matériels & méthodes : Figure2.1: .Fonctions de diffusion de Perona et Malik………28
Figure2.2: Filtres miroirs en quadrature………33
Figure. 2.3 : Schéma de décomposition………....35
Figure. 2.4: Schéma de reconstruction………...35
Figure 2.5: Exemple de dilatation binaire (de gauche a droite: image initiale, dilatation par un disque de taille 3, différence: en blanc, les parties rajoutées par la dilatation)……….37
Figure2.6: d’érosion binaire (de gauche à droite: image initiale, érosion par un disque de taille3, différence: en blanc, les parties supprimées par l érosion)………37
Figure2.7 : Exemple d’ouverture binaire (de gauche à droite: image initiale, ouverture par un disque de taille 3, différence: en blanc, les parties supprimées par l’ouverture)……….38
Figure2.8 : Exemple d’ouverture sur une image en niveau de gris a gauche l’image initial et a droite le résultat d’ouverture………...38
par un disque de taille 3, différence: en blanc, les parties rajoutées par la
fermeture)………39.
Figure2.10:Exemple de fermeture numérique (de gauche a droite: image initiale et fermeture par un disque de taille 3)………39
Chapitre n°3 : Résultats & discussion : Figure 3.1 : Schéma descriptif de l’algorithme proposé………..48
Figure 3.2 : Binarisation de l’image : a c’est l’image initiale et b le résultat de binarisation. ……….49
Figure 3.3 : Résultat de l’érosion……….50
Figure 3.4 : Résultat de dilatation………50
Figure 3.5 : la figure a droit représente les résultats de labellisation a gauche c’est le masque du cerveau………...51
Figure 3.6 : résultats de la superposition du masque sur l’image initiale ; le cerveau isolé………....51
Figure3.7 : extraction du cerveau pour des images de différent coupe :en haut coupe coronale ;au milieu coupe sagittale et en bas coupe axiale……….52
Figure 3.8 : les résultats de filtre anisotrope: a droit c’est le cerveau isolé a gauche c’est le résultat de filtre anisotrope sur un cerveau isolé………53
Figure 3.9: l’image du cerveau isolé filtré par l’ondelette bior 4.4………..57
Figure 3.10: les 3 classes obtenues par la segmentation par le FCM………...57
Figure 3.11 : les résultats du MFCM sur un fond blanc………..58
Figure3.12 : les résultats de MFCM sur un fond noir………...58
Figure 3.13 : concaténation des classes obtenues par le MFCM………....58
Figure3.16 : Le NMBE en fonction de sigma pour les 3 cas……….66
Figure 3.16 : les valeurs de NMBE en fonction de sigma pour les 2 cas Alzheimer et sain………..67
Figure 3.18 : le NMBE en fonction de sigma……….68.
Tableau 3.1 : les valeurs de PSNR pour différents types d’ondelettes avec un niveau de décomposition égale à 2
Tableau 3.2 : les résultats des paramètres d’évaluation de performance pour plusieurs types de filtre
Tableau 3.3 : Les résultats de NMBE pour 2 patients (Alzheimer et MCI) et cas sain
Tableau 3.4 : Les résultats du NMBE pour le cas sain
Tableau 3.5 : les résultats du NMBE pour le cas Alzheimer
Tableau 3.6 : les résultats du NMBE pour le cas MCI
Tableau 3.7 : les mesures d’irrégularité et élongation pour le cas normal
Tableau 3.8 : les mesures d’irrégularité et élongation pour le cas Alzheimer Tableau 3.9: les mesures d’irrégularité et élongation pour le cas MCI
Tableau 3.10: les résultats de notre approche sur l’image du tumeur (Maligne et bénigne)
SNC : Le système nerveux central
SNP : Le système périphérique
SNS : Système nerveux somatique
SNA : Système nerveux autonome
MA : La malade d’Alzheimer
OMS : l’organisation mondiale de la santé
MCT : La Mémoire à Court-Terme
MLT : La Mémoire à Long-Terme
MMS : Mini Mental State
IRM : L’Imagerie par Résonnance Magnétique
TEP : La Tomographie par émission de positons
LCR : Analyse du Liquide Céphalo-rachidien.
HAS : la Haute Autorité de la Santé.
FNN : Fuzzy Neural Network.
DWT : temps la transformée en ondelette discrète
MH : La maladie de Huntington
ACI : l'analyse par composant indépendante SVM : de machine à vecteurs de support . PD : Proton Density. MB : la matière blanche MG : la matière grise.
PEB : un processus d'expansion de bande .
EDP : les équations aux drivées partielles
EDO : équations aux dérivées ordinaires.
CWT : Transformée en ondelettes continue
AMR : L’analyse multi résolution
FCM: Fuzzy-C Means.
MFCM:Modified Fuzzy-C Means
FF: Les facteurs de forme
BE: Bending Energy
NMBE: Normalized Multiscale Bending Energy .
INTRODUCTION
GENERALE
Introduction générale :
Dans le domaine médical les images sont les sources principales d’informations. Ces images sont formées à travers différentes modalités, chaque modalité à ses propres caractéristiques, parmi ces modalités on s’adresse à l’imagerie par résonance magnétique (IRM) qui est devenue un outil de plus en plus important dans la neuroscience cognitive.
L’IRM est une technique d’imagerie qui permet d’obtenir d’une manière plus précise, une caractérisation morphologique des tissus cérébraux, Elle offre plusieurs protocoles afin de détecter et localiser les maladies neurodégénératives.
Il existe plusieurs types de démences neurodégénératives, le plus connu et le plus dispersé dans le monde est la maladie d’Alzheimer.
La maladie d’Alzheimer est une maladie neurodégénérative traduite par des symptômes cliniques ; le symptôme principal lie à cette maladie est la perte progressive de mémoire, ce développement graduel est sur une vingtaine d’années avant d’avoir une manifestation clinique.
Dans le cadre de ce mémoire nous nous sommes intéressés à l’application de la méthode de flexion d’énergie multi-échelle (Normalised multiscale bending energy : la NMBE) afin d’étudier l’impact de la maladie d’Alzheimer sur la matière grise du cortex cérébral et pour la détection précoce.
Pour cela, nous passons par une étape de segmentation qui est considérée comme un processus fondamental dans la chaine de traitement d’images. Elle permet d’engendrer une description compacte de l’image.
Ce mémoire est organisé de la manière suivante :
Le premier chapitre est consacré au cadre médical de la maladie d’Alzheimer, nous répondrons dans ce chapitre aux questions suivantes :
Qu’est-ce que la maladie d’Alzheimer ? Quelle est la différence entre le vieillissement normal et pathologique ?
Quels sont les symptômes de cette maladie ?
Le chapitre suivant est dédié à la présentation du cadre théorique de notre travail avec un état de l’art des travaux concernant la détection de la maladie d’Alzheimer et la classification des images IRM.
Le dernier chapitre est consacré à la présentation de notre approche que nous avons conçue avec comme base des méthodes connues : morphologie mathématique, segmentation par classification et la méthode NMBE. Nous donnons les résultats de la méthode de flexion d’énergie multi-échelle sur la matière grise.
Nous terminons ce travail par une conclusion générale et quelques perspectives.
Chapitre n° 1
ASPECT MEDICALE
1 I. INTRODUCTION :
Le cerveau constitue le centre de contrôle du corps humain ; il assure des fonctions inconscientes, telles que le contrôle du rythme cardiaque ; et la coordination des mouvements volontaires et toutes les fonctions intellectuelles et la conscience, c’est le centre de traitements et de décisions.
Maintenant et grâce aux développements actuels, les scientifiques peuvent explorer le corps humain pour pouvoir examiner les différentes parties du cerveau mais le cerveau reste encore un organe mystérieux.
Des techniques d’imagerie révolutionnaires, y compris l’imagerie par résonance magnétique (IRM) ont été utilisées afin d’explorer et diagnostiquer les différentes maladies cérébrales telles que la maladie d’Alzheimer.
Dans ce chapitre nous vous invitons à découvrir dans un premier temps les subdivisions anatomiques et fonctionnelles du cerveau humain, ensuite la définition et la physiopathologie de la maladie d’Alzheimer ainsi se différencie entre le vieillissement normal et pathologique ; et reconnaitre les signes cliques de cette maladie, et nous terminons avec les étapes de diagnostic et les facteurs de risques avec une conclusion de ce chapitre.
II. Le cerveau et la maladie d’Alzheimer :
1. Comprendre le cerveau
Le cerveau est l’organe le mieux protégé et la structure vivante la plus complexe de l’univers, son poids est d’environ 1300g, situé à l’intérieure du crâne, il est aussi le siège des fonctions supérieures (fonctions cognitives, sens, réponses nerveuses) et végétatives. Le cerveau a trois subdivisions anatomiques (le système nerveux central, le système nerveux périphériques et le système nerveux végétatif) et deux subdivisions fonctionnelles (système somatique et système viscéral).
i. Les subdivisions anatomiques :
a. Le système nerveux central (SNC) :
Constitué par l’encéphale et la moelle épinière, l’encéphale comprenant le cerveau, le tronc cérébral, et le cervelet ; situés dans la boite crânienne, La moelle épinière est située dans le canal rachidien qui résulte de la superposition des vertèbres de la colonne vertébrale.
2
Ces organes du système nerveux central sont des centres d’intégration qui analysent et interprètent les informations sensorielles afin de donner des commandes motrices basées sur l’expérience de l’individu, sur les réflexes ainsi que sur les conditions qui prévalent dans l’environnement externe.
Le système nerveux central est formé de deux parties différentes caractérisées par leur teinte : la substance grise et la substance blanche
Figure 1.1 : le système nerveux central.
a.1) L’encéphale :
L’encéphale désigne la partie du système nerveux central située au niveau de la boite crânienne. C’est la région la plus importante du système nerveux en termes de volume et de poids, mais pas seulement ; les processus cognitifs les plus complexes s’y déroulent. Il pèse en moyenne 1,6 kg et est relié à la moelle épinière via le trou occipital du crâne.
3
Son rôle consiste à recevoir les influx nerveux, à les traiter, et à renvoyer des réponses adéquates. L’encéphale humain est divisé en trois "cerveaux" différenciés selon leur niveau de développement phylogénétique :
a.1.1) Le rhombencéphale ou cerveau postérieur :
C'est la structure la plus ancienne et la moins évoluée des vertébrés. Il est chargé de réguler les fonctions basiques pour la survie et le contrôle des mouvements, composé de plusieurs structures : Le bulbe rachidien, La protubérance annulaire ou le pont de Varole, Le cervelet.
a.1.2) Le mésencéphale ou cerveau moyen :
La structure qui unit le cerveau postérieur à l'antérieur en y conduisant les impulsions motrices et sensitives.
a.1.3) Le prosencéphale ou cerveau antérieur :
Il s'agit de la structure de l'encéphale la plus développée. Il est composé de deux parties principales:
a).1.3.1 Diencéphale : Il se trouve à l'intérieur du cerveau. Il est formé d'importantes structures comme le thalamus et l'hypothalamus.
a).1.3.2 Télencéphale ou le “cerebrum” : Plus communément connu sous le nom de cerveau, il occupe tout le cortex cérébral (une fine couche de tissu gris froissé), l'hippocampe et les ganglions basales.
a).1.3.2.1 Le cortex cérébral :
C'est une couche fine de tissus gris qui se replie sur elle-même et forme des circonvolutions qui donnent au cerveau cet aspect si caractéristique. Les circonvolutions sont délimitées par des sillons, les plus profonds sont appelées scissures.
Le cortex est divisé en deux hémisphères, droit ou gauche, séparés par la scissure inter hémisphérique et unis par une structure appelée "corps calleux", qui permet la transmission d'informations entre les deux hémisphères.
4
Chaque hémisphère contrôle un côté du corps, l'hémisphère gauche contrôle le côté droit et vice versa. C'est ce que nous appelons l'asymétrie cérébrale. Chaque hémisphère cérébral est formé du lobe frontal, lieu du raisonnement, fonctions du langage, coordination motrice volontaire ; du lobe pariétal, siège de la conscience du corps et de l’espace environnant ; du lobe occipital, permettant l’intégration des messages. Il s'occupe principalement de la vision; et du lobe temporal, centre de l’audition, de la mémoire et des émotions, le lobe limbique ; système limbique gère les réponses physiologiques face aux émotions. Il est associé à la mémoire, l'attention, les émotions, l'instinct sexuel, la personnalité et la conduite [1],[2].
Figure 1.2 : les lobes de chaque hémisphère du cerveau, l’image à droite représente le système limbique.
a).1.3.2.2 LES GANGLIONS BASALES :
Il s'agit de structures neuronales sous-corticales chargées de commencer et d'intégrer les mouvements. Ils reçoivent des informations du cortex cérébral et du tronc de l'encéphale, les traitent et les envoient à nouveau au cortex, à la moelle et au tronc pour permettre la coordination des mouvements.
5 a).1.3.2.3 L'HIPPOCAMPE :
C'est une petite structure sous-corticale en forme de cheval de mer qui joue un rôle essentiel dans la formation de la mémoire, autant au niveau du classement de l'information que de la mémoire à long-terme.
Figure 1.3 : l’hippocampe
b. Le système périphérique (SNP) :
Le système nerveux périphérique est composé des organes du système nerveux situé à l’extérieur de la cavité crânienne et du canal rachidien donc à l’extérieur du système nerveux central, il est constitué par les nerfs crâniens et les nerfs spinaux qui sont rattachés au système nerveux central.
Son rôle est de conduire jusqu’au système nerveux central les informations issues des récepteurs périphériques de la sensibilité ou de la douleur, et de transmettre les ordres moteurs émis par centres nerveux [2].
c. Le système nerveux végétatif ou autonome :
Le système nerveux végétatif est la plus ancienne phylogéniquement parlant, il commande aux viscères et organes du corps, il comprend des centres et des voies orthosympathiques (adrénergiques) et parasympathiques (cholinergiques) [3].
6 ii. Les subdivisions fonctionnelles :
Le système nerveux périphérique se divise en deux voies distinctes selon le sens dans lequel chemine l’information.
La voie sensitive, aussi nommée voie afférente, achemine l’information nerveuse sous forme d’influx nerveux en provenance de l’environnement externe et interne de l’organisme jusqu’au SNC.
La voie motrice, aussi nommée voie efférente, achemine l’information nerveuse du SNC jusqu’aux organes effecteurs (ex. : muscles, glandes…). Elle comprend 2 subdivisions, le système nerveux somatique et le système nerveux autonome.
ii.1/ Système nerveux somatique (SNS) :
Il transmet les influx nerveux du SNC jusqu’aux muscles squelettiques. Il régit donc les activités volontaires du système nerveux.
ii.2/ Système nerveux autonome (SNA) :
Le système nerveux qui régit les activités involontaires de l’organisme. Il transmet les influx nerveux du SNC jusqu’aux muscles lisses, au muscle cardiaque et à certaines glandes. Il comprend 2 subdivisions ; le système nerveux sympathique et le système nerveux parasympathique [4].
III. La malade d’Alzheimer (MA) :
i. Définition : Qu’est-ce que l’Alzheimer ?
Selon l’organisation mondiale de la santé (OMS), la maladie d’Alzheimer est définie en ces termes :
« La maladie d’Alzheimer est une maladie cérébrale dégénérative primaire, d’étiologie inconnue et qui présente des altérations neuropathologies et neurochimiques caractéristiques. Elle commence, en générale, de façon insidieuse et lente et évolue progressivement pendant plusieurs années ».
7
La maladie d’Alzheimer est une maladie du cerveau provoquant une dégénérescence des cellules nerveuses et leur mort progressive. Peu à peu, la maladie s’étend : elle touche de nouvelles zones du cerveau et entraîne la perte de certaines fonctions cérébrales, qui associe des troubles prédominants de la mémoire, des troubles cognitifs et/ou du comportement ayant un retentissement sur la vie quotidienne des patients [5]. Elle est la principale cause de démence et de dépendance lourde du sujet âgé. La maladie est dite neurodégénérative, car elle cause une perte progressive des neurones[6].
ii. Physiopathologie de la maladie d’Alzheimer : ii. 1/ Les lésions responsables de la maladie :
La maladie d’Alzheimer a été écrite pour la premier fois en 1907 par le psychiatre Allemand « Alois Alzheimer » en réalisant l’étude histopathologie du cerveau de sa patiente nommé « Auguste Deter », il met en évidence la présence de deux types de lésions dans le cerveau : les plaques séniles et les dégénérescences neuro-fibrillaires, il conclut à une maladie de cortex cérébral.
Figure 1.4 : le docteur Alzheimer et sa patiente Auguste.
ii. 2/ Comment se forme les plaques séniles :
A la surface du neurone, il existe une grande protéine appelée « APP », dans les conditions normales, l’APP est coupée à la surface du neurone et libère une protéine appelée Bêta-amyloïde, cette protéine se dégrade ensuite dans l’organisme, mais dans la MA il existe un déséquilibre, la protéine Bêta-amyloïde n’est plus bien régulier et elle se retrouve en trop grande quantité. Elle s’accumule alors sous forme des plaques séniles.
8 ii. 3/ Comment se forme les dégénérescences neurofibrillaires :
Lorsqu’un neurone communique avec un autre, un signal va du corps de neurone du soma à la synapse pour transférer l’information, ce signal passe à travers le squelette de neurone constitue de microtubules, ces microtubules sont stabilisés par la protéine Tau normale, dans la maladie d’Alzheimer la protéine Tau devient anormale, elle est défectueuse et se détache du microtubule.
De ce fait, le squelette du neurone ne fonctionne pas ; d’autre coté, la protéine Tau s’agrège dans le neurone. Sans squelette les neurones dégénèrent et les connections entre eux sont perdues, la protéine Tau anormale qui s’agrège dans le neurone forme des filaments, on dit alors que l’accumulation de ce filament constitue la dégénérescence neuro-fibrillaire. Elle provoque à long-terme la mort du neurone.
ii. 4/ Propagation de ces deux lésions dans le cerveau :
Ces deux lésions ne suivent pas le même chemin dans le cerveau au cours du temps. Les dégénérescences neuro-fibrillaires se développent d’abord dans l’hippocampe essentiellement à la mémoire et à l’apprentissage et elles se propagent ensuite par un mouvement centrifuge à l’ensemble de cerveau passant par le cortex entorhinal vers le cortex cérébral.
Les plaques séniles se propagent dans le cortex puis l’hippocampe vers l’ensemble de cerveau par un mouvement centripète, on observe alors une atrophie du cerveau ce qui provoque des disfonctionnements globaux, la progression de ces lésions correspond aux symptômes de la maladie qui débute par les troubles de la mémoire puis des troubles de langage, troubles de reconnaissance et puis l’incapacité à exécuter des gestes simples.
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Figure 1.5 : une comparaison entre un cerveau sain et cerveau malade. À gauche : cerveau sain. À droit : cerveau avec une atrophie.
iii. Épidémiologie et charge de la démence : iii. a) Notion de la démence :
La démence est un terme générique recouvrant plusieurs maladies évolutives qui affectent la mémoire, les capacités cognitives et le comportement et qui altèrent fortement l’aptitude à réaliser les activités quotidiennes. Les types de démence les plus courants sont la maladie d’Alzheimer et la démence d’origine vasculaire. Bien qu’elle concerne essentiellement les personnes âgées, il est capital de signaler que la démence n’est pas une conséquence normale ou inévitable du vieillissement [7].
iii. b) Epidémiologie de la maladie d’Alzheimer :
D’après l’OMS, 50 millions de personnes atteintes de démences dans le monde et 152 millions à l’horizon 2050, parmi lesquelles 60 à 70 % sont atteintes de la maladie d’Alzheimer [8]. À noter qu’au niveau mondial, plus particulièrement et par exemple dans USA, plus de 5 millions d’américains ont la maladie d’Alzheimer (MA) et il a excepté qu’il devrait augmenter jusqu’à 16 millions de personnes en 2050 [9], et dans l’Algérie et selon la société algérienne de neurologie et de neurophysiologie clinique (SNNC) 100.000 personnes sont atteintes par la MA.
10 iv. Le vieillissement normal et pathologique :
Pour parler du vieillissement cérébral, il est d'usage de faire la distinction entre vieillissement normal et vieillissement pathologique car les manifestations des maladies neurodégénératives sont assez proches des manifestations du vieillissement normal, et donc la distinction entre les deux peut parfois être assez difficile à faire.
Le vieillissement normal s'accompagne en effet de pertes de mémoire, de manifestations comportementales et d'une baisse des fonctions intellectuelles. Les mécanismes liés au vieillissement, comme la production de plaques amyloïdes ou de protéine dans la maladie l'Alzheimer, sont aussi courant dans le vieillissement normal mais pour le vieillissement lié à des maladies pathologiques comme la maladie d’Alzheimer, les symptômes sont plus sévères et intenses que le vieillissement normal. Par exemple, dans le vieillissement normal le patient ne peut pas se rappeler les détails d’une conversation ou d’un événement qui a eu lieu il y a un an et aussi il ne peut pas se rappeler le nom d’une connaissance. Cependant, dans le vieillissement pathologique le patient atteint ne peut pas se rappeler les détails d’une conversation ou d’un événement récent et ne reconnaît pas les membres de sa famille ou ne se rappelle même pas leur nom [10].
Les signes de vieillissement normal dans une image d’IRM :
Légère atrophie parenchymateuse lentement progressive dès l’âge de 40-50 ans ;
Légère dilatation ventriculaire ;
Visibilité des espaces de Virschow et Robin de la convexité et de la base ;
Léger élargissement des sillons corticaux.
v. Les signes cliniques de la maladie d’Alzheimer :
La maladie d’Alzheimer est caractérisée par un déficit mnésique s’accompagnant de perturbations d’une ou plusieurs autres fonctions supérieures (langage, praxie, gnosie, fonctions exécutives) et d’une perte d’autonomie.
L’expression de la maladie d’Alzheimer peut être différente d’une personne malade à l’autre. Son évolution aussi. On parle beaucoup des altérations des fonctions liées à la connaissance dites cognitives, notamment la mémoire, mais les émotions, les comportements peuvent aussi être touchés.
11 v. 1: Les troubles cognitifs :
v.1.1 Trouble de la mémoire :
La mémoire :
La mémoire est la fonction qui nous permet d’intégrer, conserver et restituer des informations pour interagir avec notre environnement. Elle rassemble les savoir-faire, les connaissances, les souvenirs. Elle est indispensable à la réflexion et à la projection de chacun dans le futur. Elle fournit la base de notre identité[11]. Il n'existe pas une, mais des mémoires. En effet, en première analyse, on peut distinguer la mémoire à court terme et la mémoire à long terme [12].
La mémoire a court terme :
La Mémoire à Court-Terme (MCT) peut être définie comme le mécanisme de mémoire qui nous permet de retenir une quantité d'information limitée durant une courte durée [13], c’est à dire c'est une mémoire immédiate qui nous offre la capacité de retenir, pendant une durée comprise entre une et quelques dizaines de secondes. La MCT englobe la mémoire de travail et la mémoire sensorielle. La mémoire de travail utilise une région située dans le cortex préfrontal.
La mémoire a long terme :
La Mémoire à Long-Terme (MLT) stocke les informations pendant une longue période et même pendant toute la vie. D'une capacité considérable, la MLT est dépositaire de nos souvenirs, de nos apprentissages [13]. Elle se divise en deux : la mémoire explicite et la mémoire implicite, dans la mémoire explicite en trouve encore d’autre deux types de mémoires : la mémoire épisodique (ou autobiographique), et la mémoire sémantique (responsable à la culture générale), pour la mémoire implicite elle englobe la mémoire procédurale.
La mémoire épisodique utilise des réseaux neuronaux situés dans la partie médiane du cerveau. Ces réseaux forment le "circuit de Papez". L'hippocampe est le principal élément de ce circuit ; il est situé dans la partie interne de chaque lobe temporal
Dans la maladie d’Alzheimer la mémoire implicite est conservée, mais la mémoire explicite est touchée aussi. La mémoire épisodique fait défaut, d'où une désorientation dans
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le temps et l'espace. Par exemple, le malade se perd dans son quartier ou oublie une date importante. La mémoire sémantique est aussi touchée. Le malade cherche ses mots, prend un mot pour un autre. Les mots abstraits disparaissent souvent en premier.
v.1.2 Les troubles de langage :
Les troubles du langage (aphasie) correspondent à une perte partielle ou totale de la capacité à communiquer, ces troubles figurent également au premier plan des trois variantes d’aphasie primaire progressive, soit les variantes non fluente, fluente et logopédique.
Les troubles du langage associés aux maladies neurodégénératives affectent de manière plus ou moins sélective les capacités de production et de compréhension orale et écrite [14], et la personne devient mutique.
L’aphasie fluente progressive (Aphasie de Wernicke), caractérisée par une diminution de la compréhension des mots. Les personnes atteintes de ce type d'aphasie peuvent s’exprimer mais ont du mal à comprendre ce qu’elles disent.
L’aphasie logopédique progressive, caractérisée par une production de mots diminuée et des difficultés à trouver des mots [15].
L’aphasie non fluente progressive (Aphasie de Broca), caractérisée en premier lieu par une diminution de la production du langage, le patient a une difficulté de parler, de nommer des mots, même s’il comprend en grande partie de ce qui est dit [16]
v.1.3 Les troubles des gestes :
La personne malade est dans l'incapacité d'exécuter des gestes qu'elle a acquis tout au long de sa vie. Cet apprentissage des gestes va petit à petit disparaître. Cela touchera des actions compliquées comme l'écriture, pour à terme se produire même pour des gestes simples, comme mâcher ou avaler des aliments.
C'est ce trouble qui va être à l'origine d'une grande perte de l'autonomie et qui obligera à avoir recours à une aide pour se laver, s'habiller, faire la cuisine, etc. L'importance de la détérioration de ces capacités est différente pour chaque personne,
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certaines seront rapidement en grande difficulté dans leur quotidien, alors que pour d'autres
il restera toujours un minimum de compétences.
v.1.4 Les troubles de la reconnaissance (agnosie) :
Les troubles de la reconnaissance, ou agnosies, correspondent à l'incapacité d'identifier les messages de l'environnement au travers d'une modalité perceptive donnée (vue, audition, toucher, etc.). L'agnosie visuelle est la plus fréquente chez les personnes atteintes de maladie d'Alzheimer qui ne reconnaissent plus ce qu'elles voient. Mais l'agnosie peut aussi être tactile, la personne ne peut identifier ce qu'elle touche, olfactive, les odeurs ne sont pas reconnues, ou auditive, la personne n'arrive plus à identifier les bruits de l'environnement, la parole, la musique qu'elle déclare pourtant entendre
Au quotidien, l'agnosie est à l'origine de nombreux troubles du comportement, car la personne, ne reconnaissant pas les objets et/ou les visages, va avoir des attitudes inadaptées.
v.1.5 Les troubles des fonctions exécutives :
Les fonctions exécutives sont nécessaires au contrôle et à la réalisation de tâches complexes, nouvelles ou non automatiques. Or la maladie d'Alzheimer a aussi des répercussions sur l'attention (capacité à focaliser son activité mentale sur une tâche), sur la planification (capacité d'organiser les actions pour atteindre un objectif final plus global) et le raisonnement de la personne (capacité à comprendre la logique d'un fonctionnement).
La personne malade a donc tendance à abandonner les tâches les plus complexes comme la gestion du budget, l'organisation de voyages, la réception d'amis à dîner... Elle a également de plus en plus de difficultés à se concentrer et est plus sensible aux interférences (bruits de la rue, discussion,...). Enfin, elle est de moins en moins capable de réaliser deux tâches simultanément [17].
v.2 Les troubles du comportement [20]
Les troubles de comportement liés à l’atteinte cérébrale dans les démences sont des manifestations observables, potentiellement dangereuses pour la personne ou les autres, qui
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engendrent du stress ou de la frustration chez la personne ou son entourage. Ils sont considérés comme étant socialement inacceptables. Ces comportements s’ajoutent fréquemment au tableau clinique des déficits cognitifs et perceptuels des démences.
L’Association Psycho gériatrique Internationale donne la définition suivante : « signes et symptômes comportementaux et psychologiques de la démence » définis
comme les signes et les symptômes évocateurs de troubles de la perception, du contenu des pensées, de l'humeur et des comportements [18].
v.2.1 L'agressivité - L'agitation
L'agressivité se manifeste par la violence des paroles et des gestes, par le refus de manger, de se laver, de se recoucher la nuit. C'est souvent une réaction de peur, un sentiment de menace mais aussi de révolte, un instinct de survie.
v.2.2 Le comportement moteur aberrant
Sous ce terme, on regroupe les comportements d'errance, de vérification, d'une activité répétitive ou excessive, de déambulation sans but apparent ou dans un but inapproprié.
v.2.3 Les troubles du sommeil et de l'alimentation
Insomnie, inversion du rythme jour-nuit, problèmes d'endormissement font partie des troubles qui peuvent altérer le sommeil. Perte d'appétit, changements des habitudes alimentaires, baisse du poids de la personne malade concernent les troubles de l'alimentation.
v.2.4 Les désinhibitions
C'est une perte des interdits qui engendre un comportement et/ou un langage inadapté, gênant socialement. Par exemple, aborder des inconnus dans la rue, réagir d'une manière brutale et excessive à une interpellation de l'entourage.
15 v.2.5 Les idées délirantes et hallucinations
Les idées délirantes et les hallucinations sont des symptômes de la maladie d’Alzheimer et des maladies apparentées. Lorsqu’elles éprouvent des idées délirantes ou des hallucinations, les gens ne voient pas les choses comme elles sont vraiment.
Les idées délirantes sont des pensées, des jugements, un ressenti, en dehors de la réalité, pour résumé tout, ça on peut dire que les idées délirantes sont des convictions fausses. Par exemple, la personne malade insiste sur le fait que des gens essaient de lui faire du mal ou de la voler.
Les hallucinations sont des perceptions ou des interprétations erronées de l'environnement. Il peut s'agir d'illusions visuelles (voir quelque chose qui n’est pas là) ou auditives (entendre des bruits ou des voix qui n’existent pas réellement), d'hallucinations sensorielles ou amnésiques.
v.3 Les troubles affectifs et émotionnels [19]: v.3.1 L'anxiété
Il s'agit d'un état d'alerte, de tension psychologique et somatique, souvent en rapport avec un sentiment désagréable de peur ou d'inquiétude. Par exemple, la personne malade exprime des préoccupations jusqu'alors non manifestes en ce qui concerne : ses finances, son avenir, sa santé ou évoque des craintes au sujet d'évènements et d'activités jusqu'alors non stressants.
v.3.2 L'apathie
Le terme apathie est défini comme une perte ou une baisse de la motivation comparativement à l'état antérieur de la personne malade. L'apathie se manifeste par une perte d'autonomie, une perte d'intérêt ou un émoussement des émotions.
Dans la maladie d’Alzheimer, l’apathie se produit parce que le lobe frontal (section du cerveau responsable de la planification, du jugement et de la perspicacité), est endommagé.
16 v.3.3 L'irritabilité - L'instabilité de l'humeur
Il s'agit d'une disposition à se mettre en colère facilement. Par exemple, la personne malade va avoir de brusques accès de colère ou mal supporter un retard ou de l'attente.
v.3.4 L'euphorie
On parle d'euphorie quand il nous semble que la personne malade est trop joyeuse sans aucune raison, trouve drôle des choses que les autres ne trouvent pas drôles, a un sens de l'humour puéril, a tendance à rire sottement ou de façon déplacée.
v.3.5 La dépression
Elle est définie par la tristesse, le pessimisme et la dévalorisation. Par exemple, la personne malade pleure, exprime des idées de découragement, dit qu'il n'y a pas d'avenir ou qu'elle est un fardeau pour sa famille évoque le désir de mourir[18][20].
vi. Les stades de la maladie d’Alzheimer :
La maladie d’Alzheimer a 7 stades[21] :
Stade 01 : Aucune déficience (fonctions normales) ;
Stade 02 : Déficit cognitif très léger (pouvant être lié à l’âge ou aux premiers signes de la maladie
d’Alzheimer) ;
Stade 03 : Déficit cognitif léger (ces symptômes permettent de diagnostiquer chez certaines
personnes, mais pas toutes, le stade précoce de la maladie d’Alzheimer) ;
Stade 04 : Déficit cognitif modéré (stade léger ou précoce de la maladie d’Alzheimer) ;
Stade 05 : Déficit cognitif modérément sévère (stade modéré ou intermédiaire de la maladie
d’Alzheimer) ;
Stade 06 : Déficit cognitif sévère (stade modérément sévère ou intermédiaire de la maladie
d’Alzheimer) ;
17 vii. Diagnostic de la maladie d’Alzheimer
Le diagnostic de la maladie d’Alzheimer repose sur plusieurs étapes ; on peut résumer ces étapes en deux : la première, ce sont les examens cliniques du patient et la deuxième sont les examens complémentaires.
vii.1 Les examens cliniques :
C’est toujours la première étape du diagnostic, le médecin traitant réalise des tests de la mémoire et une évaluation cognitive globale, il commence par un entretien approfondi avec le patient et sa famille, afin de retracer l’historique d’apparition des troubles. Il peut s’appuyer sur des questionnaires dans lesquels la famille évalue l’intensité des troubles et leur retentissement sur la vie quotidienne, et donc le patient est orienté vers des médecins spécialisés (un neurologue, neuropsychologue et psychiatrie) chaque spécialiste fait son évaluation, parmi les tests utilisés, on peut citer « Mini Mental State (MMS) » est un test en trente questions qui permet d'évaluer les fonctions cognitives et la relation de la personne, si le MMS est compris entre 26 et 19 la démence est légère, s’il est entre 18 et 11 la démence est modérer et si le MMS est inferieure a 11 c'est-à-dire entre 0 et 10 la démence est sévère. Le MMS est un examen neuropsychologique.
vii.2 Les examens complémentaires : vii.2.1 L’imagerie cérébrale
L’imagerie cérébrale fait partie intégrante de l’exploration d’une démence. Elle recherche des causes éventuellement curables, comme les tumeurs, des signes positifs de démence neurodégénératives, comme une atrophie de localisation évocatrice, ou des lésions vasculaires.
A. L’Imagerie par Résonnance Magnétique (IRM)
L’IRM permet de mesurer l’atrophie du lobe temporal médian (qui est un marqueur du développement de la maladie d’Alzheimer), et notamment l’atrophie de l’hippocampe (région essentielle à la mémoire) et l’amygdale (région essentielle pour ressentir et percevoir certaines émotions).
18 B. La Tomographie par émission de positons (TEP)
L’imagerie fonctionnelle (TEP) permet de mesurer une baisse de la consommation de glucose qui est un reflet d’une réduction du métabolisme neuronal observée dans la maladie d’Alzheimer. La TEP est également utilisée avec des ligands radio-marqués (comme la TEP-amyloïde) pour analyser quantitativement les lésions cérébrales appelées plaques amyloïdes.
vii.2.2 Analyse du Liquide Céphalo-rachidien (LCR)
Cet examen peut être proposé chez les personnes dont le diagnostic est encore hésitant ou atypique, en particulier chez les patients jeunes.
Ce fluide biologique transparent est prélevé par ponction lombaire, dans le bas du dos. C’est dans ce liquide que baignent le cerveau et la moelle épinière. Il permet de mesurer les biomarqueurs de la maladie d’Alzheimer : la protéine Aβ42 (principal constituant de la lésion cérébrale appelée plaque sénile), la protéine tau hyper-phosphorylée (principal constituant de la lésion cérébrale appelée dégénérescence neuro-fibrillaire) et la protéine tau totale (marqueur de la mort neuronale)[22][23].
viii. Notions de base sur L’IRM :
L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une modalité d’imagerie tomographique dédiée au domaine médical qui permet d’explorer le corps humain générant des images à partir des signaux RMN (Résonance Magnétique Nucléaire) ; Chaque IRM comporte un aiment (l’élément le plus couteux), des bobines de gradient, une bobine radiofréquence (RF), une table de patient et un ordinateur.
La technique d’imagerie par résonance magnétique (IRM) est basée essentiellement sur le phénomène de la résonance magnétique nucléaire des noyaux d’atomes d’hydrogène (les protons) présents dans les molécules d’eau. Ces protons sont munis d’un moment magnétique (le spin) qui peut occuper deux positions, et qui, en présence du champ magnétique d’un aimant, correspondent à des énergies distantes de ΔE [24]. L’application d’une onde radiofréquence d’énergie ΔE permet de modifier les états énergétiques des spins. Lors de la coupure de l’onde radiofréquence, les spins retournent dans leur état fondamental en restituant de l’énergie sous la forme d’un signal RMN. Ce signal est un signal qui étudie les modifications d’aimantation des noyaux d’une substance sous l’action conjointe de deux
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champs magnétiques : le premier est le champ et le deuxième est le champ électromagnétique [25].
Ce phénomène a été découvert par F. Bloch et E.M. Purcell. L'intensité du signal dépend des paramètres physiques magnétiques propres à chaque tissu. Ces paramètres appelés
temps de relaxation correspondent à la période de retour à l'équilibre (relaxation) des atomes
d'hydrogène après leur excitation (résonance) par l'onde radiofréquence. Pour chaque tissu, il existe deux types de temps de relaxation, le T1 et le T2 qui vont influencer sur l'intensité du signal obtenu. L'excitation des protons se fait selon des séries successives d'impulsions RF appelées « séquences » d'excitation. Selon l'intensité, la durée et la succession des ondes RF émises dans les séquences d'excitation, le contraste de l'image va plus favoriser un paramètre, et c'est pourquoi ces séquences sont dites « pondérées » [26].
ix. Utilité de l’IRM (Le rôle, et le but ) :
L’IRM anatomique permet de localiser et de quantifier avec précision l’atrophie cérébrale observée dans les démences dégénératives. L’atrophie qui est un indice de perte cellulaire est présente dans des régions variables selon le type de démence, ce qui contribue au diagnostic différentiel des démences [22].
Le but de l’imagerie est multiple : premièrement est d’éliminer une étiologie neurochirurgicale, et montrer des lésions vasculaires, elle permet aussi de contribuer au diagnostic positif des démences neurodégénératives, et en particulier à celui de la maladie d’Alzheimer grâce à des coupes coronales permettant de visualiser l’hippocampe.
x. Le protocole IRM [23]:
Le protocole IRM recommandé va permettre de répondre aux objectifs fixés et il est conforme aux recommandations de la HAS (la Haute Autorité de la Santé). Il comporte les séquences suivantes :
La séquence volumique tridimensionnelle pondérée en T1 :
Elle permet de rechercher et de localiser une atrophie cérébrale. En raison de la très nette prépondérance épidémiologique de la maladie d’Alzheimer, des reconstructions dans le plan coronal perpendiculaire au grand axe des hippocampes sont indispensables.
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L’acquisition volumique présente de nombreux avantages qui la font préférer aux séquences 2D coronales. Elle permet la correction d’une éventuelle asymétrie de positionnement permettant au mieux d’apprécier et de quantifier l’importance de l’atrophie hippocampique.
La séquence FLAIR
Dans le plan axial, elle évalue la présence d’anomalie du signal de la substance blanche et/ou de lésions ischémiques.
La séquence pondérée en écho de gradient T2 (T2*) axiale
Elle est réalisée à la recherche de micro-saignements cérébraux (micro-bleeds). Ils sont des marqueurs de la sévérité de la micro-angiopathie et sont plus fréquents chez les sujets hypertendus. Les micro-saignements cérébraux pourraient être un marqueur péjoratif de la pathologie vasculaire, mais leurs valeurs diagnostique et pronostique restent controversées.
L’association entre la présence de micro-saignements et le déclin cognitif a été démontrée chez le sujet sans et avec pathologie neurologique. La présence de micro-saignements n’élimine pas le diagnostic de maladie d’Alzheimer, mais peut également
faire évoquer une angiopathie amyloïde.
La séquence coronale pondérée en T2 en coupes fines perpendiculaires
au plan des hippocampes
Elle peut être utilisée. Elle permet de rechercher des anomalies du signal au niveau du lobe temporal médian faisant suspecter une origine vasculaire ou infectieuse et non dégénérative des troubles cognitifs.
Remarques :
o La séquence de diffusion axiale peut être réalisée dans le cadre d’un bilan ou d’un suivi d’une démence de type vasculaire. Elle est également très utile pour l’exploration de la maladie de Creutzfeldt-Jakob.
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o L’injection de produit de contraste n’est pas systématique et sera réservée aux cas pour lesquels elle présente une utilité, comme la sclérose en plaques ou les tumeurs.
xi. Comment mesurer l’atrophie hippocampique en routine clinique ?
Une atrophie temporale médiale est observée de façon marquée et précoce dans la maladie d’Alzheimer. Cette atrophie présente une valeur diagnostique et également pronostique chez les patients qui présentent un trouble de mémoire.
L’appréciation de la sévérité de l’atteinte temporale médiane pourra se faire visuellement. On pourra s’aider d’échelles comme l’échelle de Scheltens. Cette échelle repose sur trois items cotés sur une coupe coronale : la taille de l’hippocampe, l’élargissement de la corne temporale ventriculaire et l’élargissement de la fissure choroïdienne [27].
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xii. Les facteurs de risque :
L’étiologie précise de la MA demeure à ce jour inconnue. Selon les données actuelles, une conjugaison de plusieurs éléments serait prédictive pour le développement de cette démence. Ainsi, l’âge avancé, des antécédents familiaux de MA, un faible niveau d’éducation, la présence de l’apolipoprotéine E4, le sexe féminin, les troubles cardio-vasculaires, le diabète de type 2, l’hypertension artérielle, les déficiences cognitives légères (MCI), la dépression et la trisomie 21 seraient tous des facteurs associés au développement de la MA [9].
xiii. La maladie d’Alzheimer n’est pas la seule forme de maladie neurodégénérative :
La maladie d’Alzheimer est la forme la plus répandue de maladie neurodégénérative, mais il existe plusieurs autres maladies apparentées. Parmi les autres maladies irréversibles, mentionnons celles causées par les maladies vasculaires, la maladie à corps de Lewy, les dégénérescences fronto-temporales et la maladie de Creutzfeldt-Jakob. Ces maladies peuvent présenter des symptômes similaires ou qui se chevauchent, et le diagnostic de plusieurs d’entre elles ne peut être fait avec certitude qu’à l’autopsie du cerveau. Les gens s’imaginent parfois que la maladie d’Alzheimer a affecté plusieurs membres de leur famille, alors qu’en réalité il s’agissait d’une autre maladie cognitive.
IV. Conclusion :
Au terme de ce chapitre, nous avons survolé sur tous les aspects médicaux de la maladie d’Alzheimer qui nécessite en premier temps une description anatomique du cerveau puis nous avons décrit la maladie précisant les lésions cérébrales responsables aux symptômes de cette maladie et nous avons cité aussi les différents troubles observés sur les patients tels que les troubles cognitives, les troubles de comportement, et les troubles affectives et émotionnelles.
La maladie d’Alzheimer est une démence traduit un vieillissement anormal du système nerveux provoquant la mort des neurones. Dans ce chapitre nous avons décrit la notion de la démence et nous avons mentionné un point important et qui joue un rôle actif dans le diagnostic qui est comment différencier entre le vieillissement normal et pathologique. Ensuite, nous avons essayé d’aborder les différents examens utilisés dans la
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phase de diagnostic, en particulier l’imagerie médicale qui a révolutionné les connaissances sur le cerveau notamment l’imagerie par résonance magnétique (IRM) qui reste le premier choix dans l’exploration du cerveau.
Dans la maladie d’Alzheimer ; l’IRM est concéderait comme un examen complémentaire qui permet de confirmer le diagnostic clinique (mms), et de savoir s’il existe des associations des maladies neurodégénératives, par exemple il existe des cas le malade développe la maladie de Parkinson et l'Alzheimer en même temps.
Chapitre n° 2
Matériel & Méthode
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I. Introduction :
La modalité d’imagerie par résonance magnétique IRM est considérée comme une source essentielle des images médicales à haute résolution et très précises.
Dans la première partie de ce chapitre, nous citons quelques travaux qui existent dans la littérature concernant l’analyse des images IRM, la segmentation et la classification. La deuxième partie du chapitre vise à identifier les différentes méthodes de traitement d’images utilisées dans notre travail telles que le filtrage (anisotropique, ondelette … etc.), les techniques de segmentation utilisées (Segmentation par classification et segmentation par régions) ainsi que la mesure de la forme et la caractérisation par le concept de la méthode de flexion d’energie multi échelle normalisé (NMBE :Normalized Multiscale Bending Energy) qui est la base de ce travail.
II. Etat de l’art :
Dans la littérature, de nombreuses études ont été proposées pour l'analyse et la classification des images IRM afin de détecter la maladie d'Alzheimer et la classifier. Dans cette partie de ce projet, nous présentons les travaux les plus récents concernant ce sujet.
En 2018 :
C. Geetha et al. [28] ont proposés un travail dont l’objectif est de classifier les images IRM selon 3 classes : Alzheimer, Mild Alzheimer et Hintington’s [*] à l’aide du Fuzzy Neural Network (FNN).
La méthode proposée utilise en premier temps la transformée en ondelette discrète (DWT) pour obtenir des coefficients. Ces coefficients sont considérés par la suite comme des caractéristiques. Par conséquent, les caractéristiques dérivées sont utilisées pour la formation d’un réseau neuronal flou (FNN) pour classer les caractéristiques en trois catégories. Les résultats expérimentaux montrent que la précision de la méthode de classification proposée est meilleure que d’autres méthodes de classification. Elle permettait d'atteindre une sensibilité de 88%, une spécificité de 86% et une précision de 95,5%.
